鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接質(zhì)量控制管理

李國勝 倪勝利 戴玉帥 徐 兵 戚祝偉

（中國建筑第八工程局有限公司，上海 200120）

1 前言

近些年來，建筑行業(yè)發(fā)展十分迅猛，尤其是鋼結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用范圍非常廣泛，但隨著創(chuàng)新性技術(shù)和創(chuàng)新性水平的提高，各項鋼結(jié)構(gòu)施工模式和體系已經(jīng)逐漸被我國的各個地區(qū)所應(yīng)用和推廣至今已經(jīng)出現(xiàn)成效。同時，整體鋼結(jié)構(gòu)逾期施工技術(shù)措施和安全措施造價較為低廉[1]，即使在惡劣環(huán)境下，也能夠擁有較高的抗剪性能和抗彎性能，在實際施工落實的過程中，以焊接為主的鋼結(jié)構(gòu)往往符合施工進度快，施工速度高的施工特點，被整體建筑行業(yè)所廣泛應(yīng)用，隨著近些年來建筑施工難度和施工技術(shù)難題逐漸突出，所涉及的施工質(zhì)量和施工安全問題逐漸受到重視，如何在預(yù)期施工環(huán)境下仍然維持較高的鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接質(zhì)量控制工作成為現(xiàn)階段主要發(fā)展方向，也是企業(yè)工作的重點，能夠為企業(yè)帶來可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟效益和社會效益。

2 鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制

交行新同城數(shù)據(jù)中心項目位于上海閔行，總建筑面積約10 萬平方米，主要包括核心機房區(qū)、輔助機房區(qū)以及運維管理三大部分。項目結(jié)構(gòu)承重采用國家A 級機房最高標準，設(shè)計使用年限100 年，執(zhí)行“百年建筑”要求安全等級一級，抗震設(shè)防類別采用重點設(shè)防，安全性標準超過上海中心，比肩上海博物館新館。項目規(guī)劃放置10萬架服務(wù)器，設(shè)計電力容量達到75 兆伏安，設(shè)計建造運維全過程遵循國際UptimeT4 標準，為近年來國內(nèi)機柜密度最大、系統(tǒng)可靠性最高、建設(shè)標準最嚴的金融類數(shù)據(jù)中心項目。交通銀行數(shù)據(jù)中心旨在齊心打造當代領(lǐng)先、世界一流的金融數(shù)據(jù)中心。建成后將為上海國際金融中心的運行提供強有力的金融數(shù)據(jù)服務(wù)支持和安全保障。

工程鋼結(jié)構(gòu)主要分布于1 號樓（包括運營管控樓：八層+41.2m、綜合樓及其裙房：九層+38m）、2 號樓（數(shù)據(jù)機房：四層+30m、兩棟冷凍機房：二層+21m 以及ECC 樓：三層+21m）。鋼結(jié)構(gòu)形式均為鋼框架結(jié)構(gòu)，主要由箱型鋼管柱、箱型鋼梁以及H 型鋼梁。鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)主要為Q355B，其中有少量Q235B，最大板厚為40mm，總用鋼量約2 萬t。具備較高規(guī)格的鋼結(jié)構(gòu)厚板特點，在實際焊接過程中能夠根據(jù)柱鋼梁最大尺寸面積、主鋼梁最大板厚尺寸面積、最小厚板尺寸面積之間的差異來結(jié)合保證厚板焊接質(zhì)量控制工作和管理工作的落實。

3 鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接易出現(xiàn)的質(zhì)量問題

建筑工程體系中鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接加工現(xiàn)場在實際施工過程中容易出現(xiàn)后板層狀撕裂、變形、扭曲、擠壓、變應(yīng)力集中、裂紋、掉渣等質(zhì)量問題[2]，對于鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)安全性造成較大影響和危害，因此要針對質(zhì)量問題進行優(yōu)化和改進才能夠提高管理效果和使用效益。

4 鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接質(zhì)量控制管理與設(shè)計方面措施

在建筑施工過程中，鋼結(jié)構(gòu)焊接設(shè)計階段需要綜合性的考慮質(zhì)量控制管理模式和設(shè)計方法等措施，減少厚板焊接過程中的質(zhì)量問題，從每個設(shè)計節(jié)點及構(gòu)件制作安裝的各個階段與操作流程來進行精心安排與合理規(guī)劃，詳細溝通設(shè)計流程和設(shè)計細節(jié)，優(yōu)化設(shè)計方式。

4.1 焊接節(jié)點設(shè)計

焊接節(jié)點設(shè)計主要采用t 型、十字型或腳型接口，當鋼結(jié)構(gòu)厚板厚度小于二十毫米時即可進行，需要盡量避免減少母材厚板方向上承受較大的焊接收縮應(yīng)力，從而優(yōu)化節(jié)點構(gòu)造設(shè)計[3]。

4.2 構(gòu)件制作與工地安裝焊接構(gòu)造設(shè)計

在鋼結(jié)構(gòu)焊板焊接過程中要求焊板與母材進行等強度對接，接頭縱向方向上可以具備兩方向的對接焊縫，同時采用t 形交叉的形式來進行焊縫交叉，縫隙距離應(yīng)小于200毫米，同時長度和寬度應(yīng)不小于300 毫米。在焊接的過程中組合梁以及縱向焊接縫均應(yīng)采用全焊接透或部分透的焊接方式來進行，如果僅采用單面焊，可以承載的負荷較小，只能稱載h 型梁柱的縱向連接焊縫這種焊接方式。如果厚板大于25 毫米時需要采用電渣焊縫的形式，保證焊縫對和。當無法進行電弧焊接的鋼結(jié)構(gòu)厚板，可以采用h 形框架柱拼接安裝的形式來提高厚板安裝的穩(wěn)定性和螺栓與節(jié)點、全焊接點之間的契合度[4]。同時，可以采用單v 型坡口結(jié)合全焊透焊縫的形式來進行焊接，厚板應(yīng)大于20 毫米，采用k 型坡度，反復(fù)清除焊接內(nèi)沉渣后焊接效果更好，箱型框架柱應(yīng)采用全焊接頭，整體焊接步驟在單v 型坡口處加襯墊后進行，能夠達到構(gòu)建與工地安裝焊接口的有效結(jié)合。

4.3 層狀撕裂控制措施

層狀撕裂控制措施在鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接過程中應(yīng)采用單面坡口非對稱性焊接，不對稱性的創(chuàng)新性焊接方式，能夠保證焊條在低強度下的坡口內(nèi)能夠具備較高的焊接塑形，同時利用超低氫型焊條或氣體保護電焊裝置來進行提前預(yù)熱，避免由于溫度急速上升而導致焊條撕裂、破壞的情況發(fā)生。

4.4 焊接裂紋相關(guān)預(yù)防措施

針對鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接中焊接裂紋的相關(guān)處理應(yīng)加強裂縫口的清潔工作，清除一切有毒、有害物質(zhì)，如水分、潮氣，同時在焊接前預(yù)熱要盡量避免外界環(huán)境因素的影響，不斷降低焊縫中的氫含量，嚴格控制熔合比保證材料的可持續(xù)使用性。其次，在進行鋼材母化材料熔化的過程中，需要合理進行焊縫中含量的配比，以減少母材中有害物質(zhì)對于焊縫性能的影響[5]。最后，還需要嚴格進行控制線能量的控制工作，尤其是三維導熱條件下與焊接線能量之間的計算方法應(yīng)符合使用標準，尤其針對箱型構(gòu)件、腳步和埋弧焊的加熱效率計算應(yīng)符合最佳計算結(jié)果和最佳能源應(yīng)用效率。在實際焊接過程中能量值應(yīng)選擇中間范圍值，控制在最佳范圍內(nèi)，合理達到能量輸入、輸出，以提高質(zhì)量控制效果。

4.5 焊接變形控制措施

建筑施工現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接填充過程中由于填充的金屬量大、焊接熱量輸入高，容易產(chǎn)生變形等危害[6]，因此需要對構(gòu)件進行合理處理和工藝條件的要求，保證焊接坡口符合接觸要求，盡可能選擇雙面坡口形狀，如果只能采用單面焊接，應(yīng)選擇窄間坡口形狀能夠減少熱量輸出，降低能源消耗，有效減少焊接變形的危害。合理選擇焊接方法和焊接工藝參數(shù)，能夠保證能量集中應(yīng)用，降低輸入熱量。其次，需要采用二氧化碳氣體來作為焊條焊接裝置保護的空氣環(huán)境中，能夠減少輸入熱量，對于焊接接口變形因素的影響，當確定焊接方法后，采取合適工藝參數(shù)來控制數(shù)量，能夠有效保證焊縫無缺損條件下盡量明確施工裝配流程和焊接順序，盡可能的保持整個焊接標準能夠化繁為簡，減少制作步驟[7]，有利于部件在進行翻身焊、對稱焊的過程中，對變形因素進行矯正和消減，最后針對對稱焊縫應(yīng)采取同向焊接方式，避免結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)分布不對稱的現(xiàn)象，同時保證焊縫構(gòu)建處于中性軸兩側(cè)，調(diào)節(jié)能量輸入和焊接順序來控制變形因素的影響，對于較長的焊縫可以采用分段焊法和跳焊法，避免焊縫局部過熱影響焊接強度。

5 鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接防變形的措施

鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接中防止變形和焊接應(yīng)力是保證焊接質(zhì)量的兩個重要方面，在落實控制環(huán)節(jié)過程中應(yīng)該調(diào)整安裝縫隙，中等焊接孔要小于18 毫米才能夠符合強度要求，同時還可以鋪設(shè)寬墊板，對鋼材、木材中的坡口進行補縫處理，保證縫隙在六到九毫米之間，打磨完成后采用探測設(shè)備進行探傷，提高檢驗合格率，直徑小于三毫米的焊口還需要采用氣泡或切割處理的形式修成標準破口，才能夠保證焊縫間隙符合使用要求[8]，同時加設(shè)工藝墊板。最后，針對喇叭接口應(yīng)采用不均勻修補方式，從而達到焊接接口的均勻狀態(tài)，盡可能減少外界干擾度的情況下進行焊接，以減少焊接坡口處變形等危害。

6 總結(jié)

總的來說，本項目結(jié)構(gòu)的整體安裝流程和安裝設(shè)計環(huán)節(jié)，針對焊接節(jié)點設(shè)計具備較嚴格的施工工藝和施工流程，通過不斷加強焊縫檢測與管理工作能夠提高焊縫焊接的合格率，保證焊縫的應(yīng)用效果，并在實際施工質(zhì)量監(jiān)督和管理過程中積累較多的工作經(jīng)驗，為鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接工作的可持續(xù)應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)，帶來更好的經(jīng)濟效益和社會效益。